Активоване вугілля з відходів китайської фітотерапії шляхом активації H3PO4
1 Ключова лабораторія промислового контролю забруднення та викидів пилу, Школа хімічної та екологічної інженерії, Університет Цзянхань, Ухань 430056, Китай
Анотація
Велика кількість відходів китайської фітотерапії, що виробляються на лікарських фабриках, переважно вивозиться на звалище у відходи. У цьому дослідженні, завдяки активації фосфорної кислоти, відходи китайської фітотерапії Магнолія лікарська (CHMW-MO) готували для активованого вугілля (CHMW-MO-AC). Досліджено вплив умов підготовки (коефіцієнт просочення фосфорною кислотою/CHMW-MO, активаційного вугілля та час активації) активованого вугілля на вихід CHMW-MO-AC. Площа поверхні та пориста текстура CHMW-MO-AC характеризувались адсорбцією азоту при 77 К.
та об'єм пор досягався при найвищому значенні 920 м 2/г та 0,703 см 3/г відповідно. Аналіз термічної гравітації та скануючі електронні мікроскопи показали, що CHMW-MO-AC мають високий термостійкість і розвиток пор. Результати показали, що CHMW-MO є хорошим попередником для отримання активованого вугілля, а CHMW-MO-AC з добре розвиненим об'ємом мезопор може бути отриманий активацією H3PO4.
1. Вступ
Велика кількість відходів китайської фітотерапії (CHMW), що виробляються як побічні продукти у фармацевтичному процесі традиційних китайських сирих ліків, викликають серйозні проблеми з утилізацією твердих побутових відходів у Китаї. Через відсутність належних методів утилізації, ТМО переважно вивозяться на звалище або за бажанням утилізуються у вигляді твердих відходів. Отже, деякі дослідники пропонували для компостування комбіновані речовини, але вони не містять поживних речовин як добриво, але містять багато целюлози, геміцелюлози та лігніну, які зазвичай важко перетравлюються або погіршуються при компостуванні [1]. Отже, смертельно потрібно вимагати економічно ефективного, високододаного та інноваційного вирішення проблем, спричинених CHMW.
Для CHMW можливим перетворенням є перетворення його в активоване вугілля. Незважаючи на те, що активоване вугілля, приготоване з агропромислових побічних продуктів, було досліджено, в поточній літературі немає систематичних досліджень щодо активованого вугілля, приготовленого з ТГОВ. Для його техніко-економічного обґрунтування щодо приготування активованого вугілля CHMW Росії Магнолія лікарська (MO) (позначається CHMW-MO) як попередник недорогого препарату з активованим вугіллям було досліджено в цій роботі. Завдяки одному кроковому простому процесу, нижчій температурі активації, вищому виходу, коротшому часу активації та вищому розвитку пористості [2, 3], активація фосфорної кислоти отримала широке визнання у виробництві активованого вугілля з лігноцелюлозних матеріалів. Отже, в роботі фосфорна кислота була використана як активуючий агент для отримання активованого вугілля з CHMW-MO. Було вивчено вплив концентрації фосфорної кислоти, температури активації та коефіцієнта просочення та часу активації на вихід CHMW-MO-AC. Результати показали, що це перспективний підхід до препарату з активованим вугіллям.
2. Матеріали та методи
2.1. Матеріали
Після фільтрування суміш зневоднювали при 105 ° C у печі протягом ночі до досягнення постійної маси суміші; потім його карбонізували та активували одночасно всередині повністю герметичного горизонтального реактора з кварцової трубки (діаметром 40 міліметрів та висотою 1500 міліметрів) під потоком азоту високої чистоти (99,99%) 120 мл хв -1, при кінцевих температурах у діапазоні 350–550 ° C та час активації відповідно 35, 50 та 65 хвилин. Після досягнення часу активації нагрівання припиняли, а потім потік газу продовжував охолоджувати кварцову трубку до кімнатної температури. Після охолодження активований продукт виймали і промивали деіонізованою водою для видалення залишків хімічних речовин, поки промитий розчин не став нейтральним. Активоване вугілля сушили при 105 ° С протягом 12 годин. Згодом активоване вугілля зважували та зберігали у пластикових контейнерах для подальших досліджень. Всі експерименти повторювали 3 рази. Вихід CHMW-MO-AC визначається як відношення маси кінцевого активованого вугілля
до сушеного CHMW-MO (
2.3. Характеристика активованих вуглеців
Для оцінки теплової поведінки MO, CHMW-MO та CHMW-MO-AC, приготованих при різних коефіцієнтах просочення, був використаний аналізатор Netzsch STA-409 для проведення характеристик поведінки їх теплового гравітаційного аналізу (TGA). Близько 10 мг зразка нагрівали до кінцевої температури 900 ° C зі швидкістю нагрівання 10 ° C хв -1 під потоком газу азоту, щоб забезпечити інертну атмосферу в системі. Низька швидкість нагрівання 10 K хв -1 була використана для випробування, щоб мінімізувати різницю температур між камерою TGA та зразком, а також підтримувати зразок достатньо часу в певному діапазоні температур, щоб можна було отримати відчутну теплову поведінку.
Площу поверхні BET та розмір пор CHMW-MO-AC визначали адсорбцією N2 при 77 K за допомогою поверхневого аналізатора (Micromeritics, ASAP 2020). Перед вимірюванням адсорбції газу вуглець дегазували при 200 ° C у вакуумі протягом 24 годин. Ізотерми адсорбції азоту вимірювали за відносним тиском (
) коливається від приблизно 0,005 до 0,985.
Морфологію зразка спостерігали за допомогою скануючого електронного мікроскопа (SEM, модель JEOL 5400). Поверхня зразка була покрита Au – Pd для запобігання електричному заряду під час дослідження. Зображення проводили у режимі високого вакууму при прискорювальній напрузі 15 кВ, використовуючи вторинні електрони.
3. Результати та обговорення
3.1. Власність CHMW-MO
Приблизний та остаточний аналізи CHMW-MO наведені в таблиці 2. Компоненти MO та CHMW-MO також показані в таблиці 2.
Результати аналітичних досліджень показують, що CHMW-MO має високий вміст вуглецю приблизно 48,51% та низький вміст золи. Ці результати вказують на те, що CHMW-MO підходить для використання як попередник для приготування активованого вугілля через його низький вміст неорганічних речовин та високий вміст вуглецю. Кількість CHMW-MO становила менше 3 м 2/г. Порівнюючи зольність CHMW-MO та MO, вміст золи CHMW-MO різко знизився з 6,20 до 2,84%.